基于礦物元素指紋圖譜對(duì)新疆皮山紅羊真實(shí)性鑒別

趙萊昱，張鴻儒，王 晶 ，張春暉

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2.新疆畜牧科學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000）

中國(guó)是羊養(yǎng)殖大國(guó)，具有巨大的羊肉生產(chǎn)能力和消費(fèi)潛力，截至2022年，中國(guó)羊肉產(chǎn)量約達(dá)到全球產(chǎn)量的30%[1]。新疆獨(dú)特的地理位置和優(yōu)良的自然環(huán)境使得該地區(qū)畜牧業(yè)成為中國(guó)畜牧發(fā)展的主要支柱，特色綿羊品種也因此孕育而生[2]。新疆皮山紅羊體型高大、肉脂厚、屠宰率高，是我國(guó)多胎綿羊遺傳資源的一個(gè)新種群，因其較強(qiáng)的繁殖和抗病能力受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是新疆皮山的地理標(biāo)志性產(chǎn)品之一。皮山紅羊在國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈的羊肉市場(chǎng)中獲得高度重視的同時(shí)，其涉及的食品真實(shí)性及來(lái)源問(wèn)題也不容忽視。因此，對(duì)標(biāo)識(shí)新疆皮山紅羊進(jìn)行品種真實(shí)性鑒別，也是保護(hù)新疆特色綿羊資源的重要手段之一。

礦物質(zhì)指紋圖譜分析被認(rèn)為是一種有效的、可用于食品及農(nóng)產(chǎn)品鑒定的分析技術(shù)[3-5]。由于生物自身無(wú)法進(jìn)行礦物元素的合成，必須從水、土壤、空氣等周邊環(huán)境中獲得，因此，在不同地域和不同的生物體內(nèi)都會(huì)存在各自獨(dú)特的礦物元素指紋特征，可利用礦物元素指紋圖譜技術(shù)鑒定食品真實(shí)性[6]。電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICPMS）作為一種靈敏度高、檢測(cè)速度快的檢測(cè)技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于不同動(dòng)物制品的礦物質(zhì)鑒別分析[7-8]，且由于動(dòng)物制品的品種、研究地域等差異，篩選出的礦物元素鑒別指標(biāo)也大不相同。例如，Andersson等[9]通過(guò)將礦物元素與多元統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)Cs能夠用于鑒別高海拔區(qū)域的綿羊品種；劉美玲[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，Cd、Sb、Se和Cs元素能夠區(qū)分來(lái)自內(nèi)蒙古不同區(qū)域的綿羊肉，且微量元素含量與其瘦肉比例呈顯著正相關(guān)；馬夢(mèng)斌等[11]篩選出以Ca、P、Cr、Mn、Ni、Cu、Se、Rb、Mo和Sn為指標(biāo)的判別模型，用于判別來(lái)自不同地區(qū)的灘羊肉，其模型準(zhǔn)確率高達(dá)100%。因此，利用礦物質(zhì)元素確定皮山紅羊特定的礦物指紋特征，可為新疆皮山紅羊的真實(shí)性鑒別提供可靠手段。

本研究以新疆地區(qū)皮山紅羊?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)象，以中國(guó)常見(jiàn)的湖羊品種為對(duì)照，在相同的環(huán)境和條件下進(jìn)行飼養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)。動(dòng)物背最長(zhǎng)肌及半腱肌肌纖維類型不同，是科學(xué)研究和家庭烹飪中最常使用的兩種肌肉部位[12]，因此本研究利用ICP-MS技術(shù)，測(cè)定2 個(gè)羊肉品種背最長(zhǎng)肌及半腱肌的51 種礦物元素組成與含量，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析構(gòu)建皮山紅羊鑒別和驗(yàn)證模型，篩選具有代表性的鑒別指標(biāo)，以期為新疆皮山紅羊礦物元素指紋圖譜的建立提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2022年1月，本研究選用6 月齡、平均體質(zhì)量為50～55 kg、健康狀況良好的雄性新疆皮山紅羊和湖羊各36 只作為實(shí)驗(yàn)材料，均由新疆西域沐羊人農(nóng)牧科技有限公司提供。將兩個(gè)品種羊進(jìn)行屠宰后，分別取其背最長(zhǎng)肌及半腱?。?00.00±10.00）g，裝袋標(biāo)記，于－20 ℃真空密封條件下運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室后，在冷凍狀態(tài)下剔除筋膜及可見(jiàn)脂肪，于－80 ℃冷凍真空保存。

過(guò)氧化氫溶液、濃硝酸（均為分析純）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；超純水（＞18.20 MΩ·cm)江蘇默樂(lè)生物科技股份有限公司；環(huán)境校正樣品（Part number 5183-4688）、元素校正樣品（Part number 8500-6944）、標(biāo)準(zhǔn)品72Ge、115In、209Bi 美國(guó)Agilent Technologies公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Mars Lp5微波消解儀 美國(guó)CEM公司；7700X ICP-MS儀 美國(guó)Agilent Technologies公司；電子天平賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；FD-1A-50真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

皮山紅羊、湖羊（背最長(zhǎng)肌、半腱肌）：分別稱取約50 g肌肉樣品，并制備成1 cm3方塊，冷凍干燥1 周后取出研磨至粉碎，并記錄凍干前后質(zhì)量。將粉碎后的肌肉樣品過(guò)100 目篩，利用索式抽提法去除其中粗脂肪，收集剩余殘?jiān)?，待測(cè)。

1.3.2 微波消解

參考孫淑敏等[13]方法，稱取150 mg凍干羊肉樣品于消解管中，加入8 mL硝酸溶液（體積分?jǐn)?shù)為65.00%）預(yù)消解1 h，再加入2 mL過(guò)氧化氫溶液（體積分?jǐn)?shù)為30.00%），將其放入微波消解儀中，采用程序升溫法進(jìn)行消解。具體消解升溫程序：以8 ℃/min速率由0 ℃升溫至120 ℃，維持2 min；隨后以8 ℃/min速率升溫至160 ℃，維持5 min；以4 ℃/min速率升溫至180 ℃，維持15 min。將消解液冷卻至室溫，超純水將其定容到100 mL。

1.3.3 ICP-MS工作條件

射頻功率1280 W；噴淋溫度2 ℃；采樣深度8 mm；冷卻劑氣體流量1.47 L/min；載氣流速1 L/min；補(bǔ)充氣體流量1 L/min。

1.3.4 元素定量分析

參考孫淑敏等[13]的方法，利用微波消解結(jié)合ICP-MS外標(biāo)法對(duì)羊肉中礦物元素進(jìn)行定量（以干質(zhì)量計(jì)），以凍干前后質(zhì)量為依據(jù)，計(jì)算鮮肉中礦物元素的含量（以鮮質(zhì)量計(jì)）。以環(huán)境校正標(biāo)樣和元素校正標(biāo)樣為標(biāo)準(zhǔn)樣品，得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線決定系數(shù)在0.99以上；儀器穩(wěn)定性利用內(nèi)標(biāo)元素72Ge、115In和209Bi的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0軟件對(duì)新疆皮山紅羊及湖羊肌肉樣品中的礦物元素含量進(jìn)行單因素方差分析與Tukey多重比較分析，顯著性差異為P＜0.05，結(jié)果用表示。采用RCore Team（2016）軟件對(duì)礦物元素含量進(jìn)行線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）、K-折交叉驗(yàn)證及偏最小二乘判別分析（partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆皮山紅羊礦物質(zhì)元素組成差異分析

如表1所示，對(duì)新疆皮山紅羊和湖羊背最長(zhǎng)肌及半腱肌中51 種礦物元素含量進(jìn)行單因素方差分析及Tukey事后檢驗(yàn)，確定了28 種礦物元素含量存在顯著差異（P＜0.05），包括5 種常量元素（Na、P、K、43Ca、44Ca）、8 種微量元素（Al、Mn、Fe、Zn、Se、Sr、Sn、Tb）、13 種稀有元素（Co、Mo、Rh、Pd、Te、Cs、Ba、La、Nd、Dy、Ho、Tm和Hf）和2 種有害金屬元素（Cr、Sb）。

表1 皮山紅羊、湖羊背最長(zhǎng)肌及半腱肌中礦物元素含量（n＝36）Table 1 Contents of mineral elements in semitendinosus and longissimus dorsi muscles of Pishan Hong sheep and Hu sheep (n =36)

常量元素在動(dòng)物肌肉中含量較高，其含量由高到低依次為K、P、Na、Mg、Ca，而K作為重要的常量元素，在皮山紅羊的背最長(zhǎng)肌中含量最高。除Mg元素外，其他常量元素均在不同羊肉品種及不同肌肉間存在顯著差異（P＜0.05），且品種間差異在背最長(zhǎng)肌中表現(xiàn)得更為顯著，皮山紅羊背最長(zhǎng)肌的常量元素含量顯著高于湖羊。大多數(shù)微量元素含量也在不同品種及肌肉部位間存在顯著差異（P＜0.05）。Fe和Zn是最重要的2 種微量元素，與湖羊相比，這2 種元素在皮山紅羊肌肉中檢測(cè)到較高含量，表明皮山紅羊肌肉是這兩類礦物元素良好的食物來(lái)源。此外，皮山紅羊肌肉中還檢測(cè)到較高含量的Mn和Sn元素，且在背最長(zhǎng)肌中的含量最高。

稀有元素在動(dòng)物體內(nèi)含量極低，共有13 種稀有元素在不同羊肉肌肉中的含量顯著差異。其中，Co、Mo、Pd、Cs、Ba、La和Hf元素在不同肌肉樣品中檢測(cè)到，紅羊背最長(zhǎng)肌中Mo、Pd和Hf元素含量最高，而B(niǎo)a和Co元素以及Cs和La元素也分別在湖羊的背最長(zhǎng)肌和半腱肌中呈現(xiàn)出最高含量。除以上7 種稀有元素外，Rh、Te、Dy、Ho和Tm元素僅在皮山紅羊肌肉中檢測(cè)到，這些元素可以作為鑒定皮山紅羊的重要稀有元素；而Nd元素未在湖羊的半腱肌中檢出。除以上元素外，共檢出6 種有害金屬，僅Cr和Sb元素具有顯著差異（P＜0.05），且這兩種元素在皮山紅羊中含量較高。

另一方面，對(duì)比不同肌肉部位間礦物元素差異發(fā)現(xiàn)，礦物元素Na、K、43Ca、44Ca、Mn、Zn、Se、Sr、Mo、Pd、Ba、Ho、Hf、Cr、Sb、Nd、La、Te和Rh在皮山紅羊背最長(zhǎng)肌中的含量顯著高于半腱?。≒＜0.05），說(shuō)明礦物元素在紅羊背最長(zhǎng)肌中更容易沉積。相比之下，只有9 種礦物元素（Na、43Ca、44Ca、Al、Sr、Ba、Nd、Ho和Cr）在湖羊的背最長(zhǎng)肌中含量顯著高于半腱?。≒＜0.05），而Sn、La和Cs元素則在湖羊半腱肌中含量較高，表明皮山紅羊不同肌肉部位間礦物元素差異更大。

2.2 LDA

基于不同羊肉品種及肌肉部位間元素差異分析可以看出，利用礦物元素對(duì)皮山紅羊品種真實(shí)性鑒別具有一定的可行性。為進(jìn)一步明確礦物元素指標(biāo)對(duì)皮山紅羊的判別作用及效果，利用存在顯著差異的28 種特征元素（Na、P、K、43Ca、44Ca、Al、Mn、Fe、Zn、Se、Sr、Sn、Tb、Co、Mo、Rh、Pd、Te、Cs、Ba、La、Nd、Dy、Ho、Tm、Hf、Cr和Sb）進(jìn)行LDA。LDA是一種有監(jiān)督的數(shù)據(jù)分類方式，可利用各類樣品之間的相關(guān)性建立判別模型而對(duì)未知樣品進(jìn)行分類，并利用交叉驗(yàn)證檢驗(yàn)判別模型的穩(wěn)定性，得到的判別模型結(jié)果如圖1所示。

圖1 基于差異礦物元素的LDAFig.1 LDA plots based on differential mineral elements

由圖1a可以看出，前兩個(gè)判別函數(shù)分別解釋了總判別函數(shù)的65.03%和19.42%，合計(jì)解釋了84.45%，表明判別模型結(jié)果有代表性，羊肉不同品種及不同肌肉基于差異礦物元素有明顯的區(qū)分效果。皮山紅羊背最長(zhǎng)肌位于判別函數(shù)1左側(cè)及判別函數(shù)2上側(cè)，其半腱肌則位于判別函數(shù)1右側(cè)及判別函數(shù)2下側(cè)，而湖羊的背最長(zhǎng)肌則更多集中在判別函數(shù)1的右側(cè)及判別函數(shù)2上側(cè)，說(shuō)明皮山紅羊的兩個(gè)肌肉部位都與湖羊有明顯區(qū)分，表明礦物元素對(duì)皮山紅羊的鑒別效果在不同肌肉間都十分顯著，基于特征礦物指紋特征對(duì)皮山紅羊進(jìn)行真實(shí)性鑒別的效果良好。同時(shí)，為了進(jìn)一步區(qū)分不同種類礦物元素對(duì)皮山紅羊的判別效果，基于存在顯著差異的常量元素以及其他元素分別建立線性判別模型，結(jié)果如圖1b、c所示。常量元素對(duì)皮山紅羊的鑒別效果并不明顯，而微量元素和稀有元素的鑒別效果則十分顯著，說(shuō)明皮山紅羊特征礦物質(zhì)指紋圖譜主要體現(xiàn)在微量元素及稀有元素中。如圖1d所示，皮山紅羊樣本分別聚集于判別函數(shù)1的下側(cè)和上側(cè)，而絕大多數(shù)湖羊樣本則聚集在判別函數(shù)1的上側(cè)，且不同品種的樣本點(diǎn)無(wú)重疊，表明不同品種間可以得到明顯的判別效果，且皮山紅羊品種判別可能受肌肉部位影響。圖1e顯示，盡管不同肌肉部位樣本點(diǎn)無(wú)重疊，但背最長(zhǎng)肌中礦物元素組成有顯著差異，印證了背最長(zhǎng)肌累積的特征礦物元素比半腱肌更獨(dú)特。

2.3 交叉驗(yàn)證

為驗(yàn)證線性判別模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2。羊肉的不同品種及不同肌肉部位的判別準(zhǔn)確率全部為100.00%，且整體準(zhǔn)確率也為100.00%，說(shuō)明LDA模型穩(wěn)定性好，基于礦物元素對(duì)皮山紅羊的鑒別準(zhǔn)確有效。

表2 皮山紅羊、湖羊背最長(zhǎng)肌及半腱肌基于礦物元素的交叉驗(yàn)證判別結(jié)果Table 2 Cross-validation results based on mineral elements in semitendinosus and longissimus dorsi muscles of Pishan Hong sheep and Hu sheep

然而，簡(jiǎn)單的交叉驗(yàn)證會(huì)存在過(guò)度擬合的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致判別誤差。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)樣本量不同也會(huì)對(duì)判別準(zhǔn)確率造成影響[14]。因此，為了更好地評(píng)估判別模型的效果，本研究采用K-折交叉驗(yàn)證（K選擇10）對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。K-折交叉驗(yàn)證是將所有樣本隨機(jī)分成樣本數(shù)量接近的10 組，以其中9 組構(gòu)建判別模型，剩余1 組為驗(yàn)證組進(jìn)行模型準(zhǔn)確率檢驗(yàn)，步驟重復(fù)10 次使每1 組都成為1 次驗(yàn)證組，最終得到10 次驗(yàn)證準(zhǔn)確率，然后以平均準(zhǔn)確率作為判別模型的最終準(zhǔn)確率[15]。

如表3所示，基于具有顯著差異的28 種礦物元素（Na、P、K、43Ca、44Ca、Al、Mn、Fe、Zn、Se、Sr、Sn、Tb、Co、Mo、Rh、Pd、Te、Cs、Ba、La、Nd、Dy、Ho、Tm、Hf、Cr和Sb）對(duì)不同羊肉樣品進(jìn)行K-折交叉驗(yàn)證后，平均準(zhǔn)確率仍為100%，說(shuō)明特征礦物元素結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法能夠有效鑒別皮山紅羊不同肌肉，準(zhǔn)確率高。通過(guò)對(duì)不同品種建立判別模型并進(jìn)行K-折交叉驗(yàn)證，得到準(zhǔn)確率為100%，說(shuō)明盡管皮山紅羊和湖羊在相同的飼養(yǎng)環(huán)境和條件下，但其肌肉組織對(duì)于礦物元素的累積卻存在顯著差別，因此礦物元素指紋圖譜對(duì)皮山紅羊真?zhèn)涡澡b別具有十分重要的意義。另外，基于礦物元素對(duì)不同肌肉部位建立的判別模型準(zhǔn)確率為99.29%，說(shuō)明礦物元素在不同肌肉部位間也存在顯著差異?？傮w而言，礦物元素是鑒別皮山紅羊不同肌肉的理想指標(biāo)，結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，通過(guò)進(jìn)一步篩選確認(rèn)其特征元素，可以為皮山紅羊真實(shí)性鑒別提供有效數(shù)據(jù)。

表3 皮山紅羊、湖羊背最長(zhǎng)肌及半腱肌基于礦物元素的K-折交叉驗(yàn)證判別結(jié)果Table 3 K-fold cross-validation results based on mineral elements in semitendinosus and longissimus dorsi muscles of Pishan Hong sheep and Hu sheep

2.4 PLS-DA

通過(guò)對(duì)皮山紅羊肌肉礦物元素進(jìn)行LDA及交叉驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)礦物元素對(duì)于皮山紅羊品種鑒定具有良好的效果，因此其特征的礦物元素可以作為鑒別皮山紅羊真實(shí)性的關(guān)鍵指標(biāo)。圖2a為PLS-DA得分圖，成分1和成分2分別解釋貢獻(xiàn)了總成分的70.1%和5.8%，且皮山紅羊的兩個(gè)肌肉部位與湖羊肌肉在成分1上有明顯的區(qū)分，表明礦物元素對(duì)羊肉品種的區(qū)分效果更好；圖2b為不同礦物元素在羊肉樣本中變量差異貢獻(xiàn)度（variable important in projection，VIP）的得分圖，若礦物元素的VIP值大于1.00，表明該元素對(duì)整體判別模型的貢獻(xiàn)度高于平均水平，且VIP值越大，貢獻(xiàn)度越高[16]。如圖2b所示，共有13 種礦物元素VIP值大于1.00，分別是La、Zn、Cs、Sn、Ho、Fe、Rh、Co、Se、Te、Mo、Al、Sb，大部分是稀有元素。結(jié)果表明這13 種元素為區(qū)分皮山紅羊和湖羊的重要標(biāo)志性礦物元素，且根據(jù)貢獻(xiàn)度高低可以發(fā)現(xiàn)，羊肉不同品種及不同肌肉間標(biāo)志礦物元素各有不同，皮山紅羊的特征礦物元素為Ho、Rh和Te等微量元素，且這些微量元素在不同肌肉部位中也有明顯差異。判別模型的構(gòu)建為鑒別皮山紅羊真實(shí)性提供重要的參考意義，且特征元素的確定也為皮山紅羊礦物元素指紋圖譜的建立提供了重要的理論支持。

圖2 基于差異礦物元素的PLS-DAFig.2 PLS-DA plots based on differential mineral elements

3 討論

生物體在生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)從周?chē)h(huán)境攝取礦物質(zhì)，主要通過(guò)“土壤-飼料-動(dòng)物組織”的途徑在動(dòng)物體內(nèi)沉積，所以不同動(dòng)物品種、不同肌肉部位的礦物質(zhì)沉積能力以及不同飼養(yǎng)環(huán)境都會(huì)對(duì)其礦物元素組成產(chǎn)生影響[17]。

羊肉肌肉中含量最高的礦物元素為常量元素，通常由飼料供給，并隨著動(dòng)物的生長(zhǎng)而沉積于肌肉中[18]。研究發(fā)現(xiàn)，盡管皮山紅羊和湖羊具有相同的飼養(yǎng)條件，但與湖羊相比，皮山紅羊肌肉中仍檢測(cè)到較高含量的常量元素（Na、P、K、43Ca和44Ca），表明皮山紅羊品種具有較強(qiáng)的礦物元素沉積能力，其肌肉組織中灰分物質(zhì)含量較高，含水量較低[19]，這可能與皮山紅羊肌纖維直徑更小、肌纖維密度更高有關(guān)[20]。Na和K是保持滲透壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)酸堿平衡的兩種關(guān)鍵元素[21]；同時(shí)，Ca和P元素含量越高，調(diào)節(jié)機(jī)體細(xì)胞功能及調(diào)控宰后嫩度的能力越強(qiáng)[22]，從而使皮山紅羊具有更好的品質(zhì)特性和營(yíng)養(yǎng)功效。另外，通過(guò)對(duì)比皮山紅羊不同肌肉部位的礦物元素組成發(fā)現(xiàn)，其背最長(zhǎng)肌的礦物元素含量較高，表明背最長(zhǎng)肌比半腱肌具有更強(qiáng)的礦物元素沉積能力。不同肌肉部位中礦物元素含量的差異，主要是由于不同類型的肌纖維影響代謝積累差異所致。背最長(zhǎng)肌含有較高比例的II型肌纖維，屬于糖酵解型肌肉，半腱肌則屬于氧化型肌肉，糖酵解型肌肉在反芻動(dòng)物體內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的“雙肌現(xiàn)象”，從而沉積更高含量的礦物元素[23]。

與常量元素相比，微量元素雖在動(dòng)物體內(nèi)含量較低，但也起到了重要作用。Fe和Zn是兩種重要的微量元素，它們?cè)诩∪庵械暮糠秶謩e為18.32～20.56 mg/kg和23.06～25.20 mg/kg，且這兩種元素在皮山紅羊的背最長(zhǎng)肌中含量最高，其在紅羊與湖羊肌肉中的含量超過(guò)了《中國(guó)食物成分表》中相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)（Fe：背最長(zhǎng)肌為18.0 mg/kg；Zn：背最長(zhǎng)肌為22.2 mg/kg）[24]。Fe能夠參與機(jī)體血紅蛋白與肌紅蛋白的合成，所以較高的Fe含量可能與紅羊與湖羊生活在高海拔地區(qū)，受到高原低氧及低氣壓環(huán)境影響，導(dǎo)致其肌紅蛋白含量較高有關(guān)[25]。Zn元素對(duì)骨骼生長(zhǎng)、免疫功能和機(jī)體生長(zhǎng)等有重要影響，它也是超氧化物歧化酶的重要組成成分，以鋅指蛋白的形式與DNA結(jié)合，從而發(fā)揮生物學(xué)作用[26]。

羊肉肌肉中稀有元素組成受當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較大，具有較強(qiáng)的地區(qū)特異性[27]，皮山紅羊和湖羊飼養(yǎng)在同一環(huán)境中，因此大多數(shù)稀有元素并未在不同品種及不同肌肉部位間呈現(xiàn)顯著差異。然而，由于品種對(duì)礦物元素沉積能力差異的影響，Rh、Dy、Ho、Tm等稀有元素僅在皮山紅羊肌肉中檢出，因此，這些稀有元素可以作為鑒別及區(qū)分紅羊的關(guān)鍵元素。在此基礎(chǔ)上，本研究構(gòu)建LDA。結(jié)果表明，常量元素和微量元素雖在單因素方差分析及多重比較中具有顯著差異，但對(duì)皮山紅羊品種鑒定貢獻(xiàn)度較低，而稀有元素則是鑒定皮山紅羊品種和不同肌肉部位的重要標(biāo)志物，且在相同飼養(yǎng)條件下，動(dòng)物組織中礦物元素組成仍因品種和肌肉的不同存在代謝累積差異，這種差異在糖酵解型肌肉（背最長(zhǎng)?。┲斜憩F(xiàn)得更為明顯，因此，開(kāi)展動(dòng)物糖酵解型肌肉礦物元素組成的鑒定更具有科學(xué)意義。通過(guò)交叉驗(yàn)證和K-折交叉驗(yàn)證，判別模型證明有較高的準(zhǔn)確率且穩(wěn)定性好，整體模型的準(zhǔn)確率高達(dá)100%，對(duì)品種和肌肉部位的模型判別準(zhǔn)確率也分別達(dá)到100%和99.29%，這表明礦物元素結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)是皮山紅羊鑒別的重要手段之一。

礦物元素在不同品種和肌肉部位中存在組成差異，因此特征礦物元素可以作為鑒別皮山紅羊的重要標(biāo)志。其中共有13 種元素在判別皮山紅羊中起到了重要作用，為L(zhǎng)a、Zn、Cs、Sn、Ho、Fe、Rh、Co、Se、Te、Mo、Al和Sb。這些元素大多為稀有元素，且多種研究表明其是鑒別不同品種及不同地區(qū)羊肉的重要礦物元素。例如，Sb元素被認(rèn)為是區(qū)分產(chǎn)自內(nèi)蒙古、重慶和菏澤羊肉的重要元素，且在菏澤羊肉中含量顯著高于其他地區(qū)羊肉[28]；而Rh元素也可作為區(qū)分內(nèi)蒙古地區(qū)不同品種及不同飼養(yǎng)方式羊肉的重要礦物元素[29]。這些特征元素的形成與當(dāng)?shù)氐牡乩硖卣飨鄬?duì)應(yīng)，說(shuō)明礦物元素在肌肉中的累積也會(huì)受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響。Rh、Te和Ho元素對(duì)判別皮山紅羊貢獻(xiàn)度較高，且這3 種元素只在皮山紅羊肌肉中檢測(cè)到，可作為標(biāo)志皮山紅羊背最長(zhǎng)肌的關(guān)鍵礦物元素。Rh元素作為鉑族元素之一，存在于紅羊肌肉中可能與新疆當(dāng)?shù)氐母珊禋夂蛴嘘P(guān)[30]。另外，盡管Te元素的VIP值只有1.10，但其對(duì)紅羊判別也有貢獻(xiàn)作用，且在皮山紅羊背最長(zhǎng)肌中含量最高。這類重金屬在皮山紅羊中含量較高的原因可能與當(dāng)?shù)匚惶幚ドw山成礦亞帶，含有以地球化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)的礦化元素有關(guān)[31]。雖然Sb屬于有害重金屬，在皮山紅羊背最長(zhǎng)肌含量最高，為（1.10±0.08）μg/kg，但其含量遠(yuǎn)低于歐盟安全標(biāo)準(zhǔn)（100 μg/kg）[14]，說(shuō)明紅羊肉對(duì)人體無(wú)任何安全危害。綜上所述，礦物元素指紋圖譜技術(shù)對(duì)于鑒定皮山紅羊真實(shí)性準(zhǔn)確有效，是未來(lái)新疆標(biāo)志性農(nóng)產(chǎn)品鑒別及溯源的理想信息指標(biāo)。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)新疆皮山地區(qū)紅羊及湖羊的背最長(zhǎng)肌及半腱肌中51 種礦物元素含量進(jìn)行差異分析、LDA及PLS-DA，確定了礦物元素對(duì)皮山紅羊真實(shí)性鑒定的可行性。13 種稀有元素是鑒定皮山紅羊的重要指標(biāo)，包括La、Zn、Cs、Sn、Ho、Fe、Rh、Co、Se、Te、Mo、Al和Sb，其中，Rh、Te和Ho元素對(duì)判別皮山紅羊的貢獻(xiàn)度最高，僅在紅羊肌肉中檢出，可以作為鑒別皮山紅羊的關(guān)鍵礦物元素標(biāo)志物。這些元素的累積可能與品種、肌肉代謝、飼養(yǎng)環(huán)境等因素有關(guān)。皮山紅羊礦物元素指紋圖譜技術(shù)準(zhǔn)確率高（100%），可以作為一種有效且穩(wěn)定的鑒別手段，本研究可為新疆其他標(biāo)志性動(dòng)物制品及農(nóng)產(chǎn)品的鑒定溯源奠定基礎(chǔ)。